SESAME PROJESİ (ORTADOĞU SİNKROTRON IŞINIMI LABORATUARI PROJESİ) Zehra SAYERS Sabancı Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Orhanlı, 81474 Tuzla-Istanbul, Türkiye ÖZET Sesame projesinin amacı Ortadoğu'da UNESCO teşvikiyle ilk sinkrotron ışınımı laboratuvarını oluşturmaktır. Ürdün'de kurulması planan SESAME, Almanya'dan hibe edilen BESSY I sinkrotronunun parçalarından faydalanılarak kurulacak ve uluslararası kullanıcıların temel bilim araştırmalarından teknolojik uygulamalara kadar çeşitli alanlardaki gereksinimlerini karşılayacak bir kaynak oluşturacaktır. Projenin gelişimi, ilgili etkinlikler, yararları ve geleceğe yönelik düşünceler aşağıda özetlenmiştir. Anahtar Kelimeler: sesame, sinkrotron ışınımı, moleküler yapı, GİRİŞ Sinkrotron ışınımı, yüklü parçacıklar eğri yörüngeler üzerinde hareket ederken dışarıya yayılan enerjiden kaynaklanır. Son yirmi yıl içinde sinkrotron ışınımı kullanılarak yapılan çalışmalarda bir patlama olmuş ve sinkrotron ışınımı üreten laboratuvarların sayısı 45'i geçmiştir. Uygulama alanları genişlemiş ve malzeme bilimi, fizik, biyoloji gibi temel bilimlerde kullanıldığı kadar kimyasal analiz, tıbbi amaçlı görüntüleme, ilaç endüstrisi ve mikro-üretim gibi alanlarda da sinkrotron ışınımına bağlı yöntemler vazgeçilmez araçlar haline gelmiştir [1]. Bu tür laboratuvarlarda farklı disiplinlerden araştırıcıların ortak çalışmalarına uygun ortam oluşmakta ve geniş bir kullanıcı kitlesine servis verme olanağı gerçekleşmektedir. Sinkrotron ışınımı laboratuvarları kuruldukları bölge ve çevresinde bilimsel araştırmaların ileri düzeyde gerçekleşmesine olanak sağlamanın yanısıra, bulundukları yörede teknoloji ve altyapı gelişmesine de önemli katkılarda bulunmaktadır. SESAME PROJESİNİN GELİŞİMİ SESAME projesi 1997 yılında Almanya'da Berlin şehrindeki BESSY I sinkrotronunun daha geniş kapsamlı BESSY II güncelleştirilmesi ile gündeme gelmiştir. BESSY I in geliştirilerek SESAME (Synchrotron Light for Experimental Science and Applications in the Middle East) adıyla Orta Doğu'da bir ülkede kurulması planlanmış ve çalışmalar idari, bilimsel ve teknik düzeylerde uluslararası kurullar tarafından başlatılmıştır. Ekim 2000 itibariyle projeye üye ülkeler Ermenistan, Fas, Filistin, İran, İsrail, Kıbrıs, Mısır, Oman, Türkiye, Ürdün ve Yunanistan'dır. ABD, Almanya, İsveç, İtalya, Japonya, İngiltere, Rusya, Pakistan ve Kuveyt ise gözcü ülkeler olarak katkılarda bulunmaktadır. SESAME'nin idari yapısında, geçici kurul ve çalışma komiteleri olup; çalışma komiteleri teknik komite, bilimsel komite, eğitim komitesi ve finans komiteleri olarak yapılanmıştır. Bilimsel komite, BESSY I teknik kapasitesini, bunun ileri teknoloji düzeyine nasıl getirilebileceğini ve diğer sinkrotron kaynaklarındaki çalışmaları göz öünde bulundurarak SESAME proje önerisini hazırlamıştır. Bu grubun çalışmaları sonunda 1999 yılında yayınlanan 'Yeşil Kitap', depolama halkası tasarımı, yöredeki kullanıcıların istekleri göz önünde bulundurularak bu halka üzerinde ne tip deney istasyonları olabileceği ve olası bilimsel projeleri üzerine detaylı bilgiler vermektedir [2]. SESAME'ye ev sahipliği yapacak ülke 2000 yılında yapılan geçici kurul toplantısında Ürdün olarak belirlenmiştir. Yine 2000 yılı içinde BESSY I sinkrotronu denetim altında sistematik olarak
sökülmüş ve Ürdün'e getirilmek üzere sistematik olarak paketlenmiştir. 2001 yılında göreve başlayan teknik direktör; binalar, hızlandırıcı, depolama halkasının teknik özellikleri ve kullanıcıların gereksinimleri üzerine çalışmalara başlamıştır. SESAME depolama halkasının, Almanya Karlsruhe'deki, ANKA sinkrotronu modelinden faydalanılarak güncel teknoloji düzeyine getirilmesi düşünülmüş ve çizimler hazırlanmıştır. SESAME projesi günümüze kadar UNESCO, ABD Enerji Bakanlığı (Department of Energy) ve üye aidatları ile desteklenmiş olup, proje bütçesi detaylı olarak "Yeşil Kitap"ta verilmiştir. Bütçenin depolama halkasını güncelleştirme ve en ileri teknolojiyi yakalama çabaları ile değişmesi karşısında kaynak arama çabaları yoğunlaşmıştır. 2001 yılındaki Genel Kurul kararıyla SESAME, UNESCO'nun teşvik ve desteğinde bağımsız bir laboratuvar olarak kurunmsallaşınca olası kaynaklar arasına Avrupa Birliği de katılmıştır. SESAME projesi ile ilgili bilgilere www. sesame.org.jo sitesinden ulaşmak mümkündür. SESAME DEPOLAMA HALKASININ ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMA ALANLARI 1999 yılında yayınlanan Yeşil Kitap'ta önerildiği üzere; Sesame depolama halkası, BESSY I araç ve gereçleri temel alınarak inşa edilecek, ancak halkanın fiziksel özellikleri son yıllardaki teknoloji gelişmeleri göz önünde tutularak güncelleştirilecektir. Halkadaki elektron enerjisinin, 800 MeV dan 1GeV a yükseltilmesi, 7.5 T kuvvetindeki wiggler mıknatıslarındaki foton enerjisinin 20-25 kev ye çıkmasını sağlayacaktır. Yüksek foton enerjisi ve depolanan 700 ma lik akımın, 1 Å (12 kev) dalgaboyu gibi yüksek bir ışık şiddetinin olması, SESAME'nin daha büyük depolama halkalarıyla rekabet edebilecek kapasitede çalışmasını sağlayacaktır. Halkanın çevresinin 64m den 100 m ye çıkarılması wiggler veya undulator tipli 4 cihazın devreye sokulması için imkan yaratacaktır. SESAME halkası ve üzerinde planan deney istasyonlarının dağılımı şekil 1 de verilmiştir. Sinkrotron ışınım laboratuvarları, sağladıkları geniş spektrumlu ışınım ile tek bir çatı altında gereksinimleri birbirinden çok farklı olabilecek kullanıcı kitlelerine hitap etme olanağı yaratmaktadır. Orta Doğu ve yakın çevredeki potansiyel kullanıcıların gereksinimleri göz önünde tutularak, SESAME depolama halkası üzerinde öncelikle X-ışınları toz difraksiyonu (powder diffraction), protein kristalografisi, X-ışınları absorpsiyon spektroskopisi, X-ışınları floresans spektroskopisi, X-ışınları mikroskobu, ve LİGA programlarının geliştirilmesi planlanmaktadır. Sinkrotron ışınımı son yıllarda özellikle biyoloji, çevre bilimi, radyoloji, ilaç tasarımı, arkeoloji ve mikro üretim alanlarında yoğun olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında yalnızca biyoloji, yüzey fiziği ve arkeometri alanlarını düşünsek bile SESAME projesinin gelişmesi Türkiye'deki çalışmalara önemli katkılarda bulunup, hem temel bilimler hem de uygulamalı çalışmalarda hızlı adımlar atılmasına destek sağlayacaktır. Biyolojide makromoleküllerin yapıları, birbirleri ile etkileşmeleri ve bu etkileşme sırasında 3 boyutlu yapılarındaki değişimler ve ilaç tasarımı en uygun olarak sinkrotron ışınımını kullanarak kristalografi, EXAFS, X-ışınları saçılması gibi yöntemlerle izlenebilir. SESAME depolama halkası için planlanan parametreler, ışınım kaynağı ve üzerinde geliştirilecek deney istasyonları bu çalışmaların en ileri düzeyde yapılabilmesine olanak sağlayacaktır. Türkiye'de bu alana yönelik çalışmaların çeşitli kurumlarda hızla ilerlemekte olması ve kristalografi konusunda yıllardır oluşmuş olan birikim, SESAME'nin işlevsel hale geldiği andan itibaren kullanılmasını sağlayacaktır. Hızla gelişmekte olan ve temel bilimler açısından olduğu kadar, teknoloji uygulamaları açısından da önemi olan yüzey fiziği çalışmaları sinkrotron ışınımı kullanılarak yapılmaktadır. Bu alanda da Türkiye'deki birikim, Orta Doğu ülkelerinin çoğundan çok daha ileri olup, SESAME depolama halkası üzerinde deney istasyonları kurmaya ve bunları ileri düzeyde kullanmaya uygundur. Keza arkeometri alanında SESAME'yi kullanmanın getireceği yararlar hemen görülecektir. SESAME'nin sağlayacağı olanaklar sayesinde araştırmacılar, uzak sinkrotronlara seyahat etmek zorunda kalmayacak, hassas örneklerin yolculuk sırasında bozulması önlenecek, deney istasyonlarını gereksinimlere göre geliştirmek mümkün olacak, yetişen öğrencilere başka kurumlarda sağlanamayacak kadar geniş imkanlar vermek mümkün olacak, ileri düzeydeki araştırmalerın yolu açılacak ve teknolojinin yerel olarak gelişmesi sağlanacaktır. SESAME ETKİNLİKLERİ Hazırlık ve tasarım aşamasında eğitim ve işbirliği geliştirme etkinliklerine ağırlık verilmiş ve bu yönde aşağıda belirtilen programlar gerçekleştirilmiştir.
Eğitim Programları Sesame çerçevesinde eğitim programları UNESCO ve DOE den sağlanan desteklerle gerçekleşmiştir. Ürdün'de 10 günlük bir hızlandırıcı çalıştayı yapılmış ve katılan 50 kişi arasından mülakatlarla seçilen 10 kişi özel olarak mıknatıslar, vakum ve RF üzerine eğitilip SESAME'de bir çekirdek grup oluşturulması için Avrupa ve ABD'de 22 sinkrotron ışınımı kaynaklarına gönderilmiştir. Ortak Araştırma Projeleri ve Çalışmalar Sesame projesinin aracılığıyla başlayarak gelişen ve uluslararası işbirliğine dönüşen projelerin başlıkları ve katılımcı ülkeler aşağıda özetlenmiştir. Fosforile olmayan gliseraldehid 3-fosfat üzerine 3 boyutlu yapı/işlev çalışmaları. A. Soukri (Fas), M. Vlassi (Yunanistan) ve J.Sussman (İsrail). Proteinlerde katyon-π ve π-π etkileşmeleri. J. Sussman ve İ. Silman (İsrail), T. Steiner ve G. Koellner (Almanya) ve H. Hallak (Filistin). Lektinlerin kristallografik yapısı. S. Özbey (Türkiye) ve P. Rizkallah (İngiltere). Arkeometri çalışmaları. E.Özdaş (Türkiye) ve M. Pantos (İngiltere). Yüzey fiziği çaışmaları Ş. Süzer (Türkiye), E. Alp (ABD) ve Z. Hussein (ABD) İnfrared spektroskopisi ve pattern recognition yazılımları H. Utku (Türkiye) ve L. Miller (ABD). Hızlandırıcı Fiziği, (Doktora Tezi, deneysel). A. Doyuran (SUNY Stony Brook). Hızlandırıcıların malzeme bilimindeki uygulamaları. Y. Ufuktepe (Türkiye ve ABD) Çalıştaylar Sesame olanakları ve parasal kaynaklarından yararlanarak düzenlenen çalıştayların listesi aşağıda verilmiştir. I. ve II. Yapısal Moleküler Biyoloji Çalıştayları: "First Workshop on Structural Molecular Biology (SMB) at SESAME "Atina, Yunanistan, 6-7 Nisan 2000. Hızlandırıcı çalıştayı: "SESAME Workshop on Accelerator Science" Al-Balqa' Applied University, Al-Salt, Ürdün, 9-19 Eylül 2000. Malzeme Bilimi çalıştayı: "SESAME Workshop on Materials Science" Hacettepe Universitesi, Ankara, Türkiye, 21-22 Eylül 2000. Biyoinformatik çalıştayı: "SESAME Workshop on Bioinformatics and Structural Modelling" Sabancı Üniversitesi, İstanbul Türkiye, 3-8 Eylül 2001. GELECEĞE YÖNELİK ÇALIŞMALAR Küresel perspektiften bakıldığında yüksek enerji fiziği ve sinkrotronda yapılan çalışmalar ileri düzeyde bilimsel etkinlikleri ve güncel teknolojilerin kullanımını simgelemektedir. SESAME projesi Orta Doğu'ya bu potansiyeli getirmek ve çeşitli disiplinlerden araştırıcıların tek bir çatı altında, bilimsel bir ortamda birarada çalışmalarına olanak vermek açısından önemlidir. Yeni nesillerin bu gelişmiş araştırma ortamında yetişmesi, dünyadaki diğer laboratuvarlar ile aynı bilimsel düzeyde bağlantı kurmaları, kendilerine güvenmeleri ve bölgede kalmaları bu projenin bölgeye katkıları arasında düşünülmelidir. SESAME projesinin planlanan eğitim etkinlikleri arasında 2002 yılı içinde düzenlenmeleri düşünülen eğitim çalıştayları (infrared spektroskopisi, X- ışınları kristalografisi ve yapısal moleküler biyoloji) bulunmaktadır. SESAME projesinin gelecğe yönelik aşamalarında parasal desteğin UNESCO, AB ve DOE dışında yerel kaynaklardan sağlanması gündemin önemli bir maddesidir. Bölgedeki araştırıcıların, kendi gereksinimleri doğrultusunda proje geliştirip, parasal kaynak aramaları projeye verdikleri önemi gösterecektir. Bölge araştırıcılarının projeye doğrudan katkılarını arttırmaları önemlidir. Özellikle Türkiye'de projeye temel bilimler ve teknoloji açılarından büyük katkılar yapabilecek ve liderlik edebilecek kapasite ve alt yapı mevcuttur. Bu konuda yurt içinde örgütlenip beamline ve işbirlikleri geliştirme konusunda somut adımlar atılması yararlı olacaktır. SESAME konusunda TAEK'in almış olduğu sorumluluklar ve yaptığı girişimler çok olumlu bir gelişme olarak görülmektedir. "Second Workshop on Strucural Molecular Biology (SMB) at SESAME" The University of Cyprus, Nicosia, Kıbrıs, 6-7 Aralık 2000.
KAYNAKÇA 1. Nature Structural Biology Supplement (1998) Synchrotron Radiation 5 (8) 614-656. 2. SESAME A proposal for a Synchrotron Radiation Source in the Middle East (1999)
Şekil 1 SESAME depolama halkası ve çevresinde planan deney istasyonları